Файл: Арцимович, Г. В. Влияние забойных условий и режима бурения на эффективность проходки глубоких скважин.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 48
Скачиваний: 0
созданных установок [67, 68] и состоит из рабочей камеры 2,
вращателя 1, вращающего керн горной породы 5, пульта управ
ления 7 с вмонтированными в нем насосом 9 и емкостью для
промывочной жидкости 8. Испытуемые образцы 4 закрепляются
с помощью цанговых патронов на специальной головке 5-
При проведении экспериментов в условиях повышенных
температур в схему добавляется электропечь 10 для подогрева'
промывочной жикости и теплообменник 6 для ее охлаждения-
Техническая характеристика стенда следующая:
Объем рабочей камеры, л ........................................ |
|
|
25 |
||
Внутренний диаметр камеры, м м ............................ |
. |
350 |
|||
Диаметр керна породы, м м ................................. |
мм |
114 |
|||
Размеры твердосплавных образцов, |
10X10x40; |
||||
|
|
|
|
|
5X5X35 |
Способ удаления |
продуктов разрушения — про |
или 0 10 |
|||
|
|||||
мывка |
|
|
|
|
0,005—2 |
Пределы подач, мм/об ............................................ |
|
|
|||
Путь трения за один опыт, м .................................... |
циркулирующей |
до 600 |
|||
Система |
нагрева — непрерывно |
|
|||
горячей жидкостью |
|
°С |
250 |
||
Максимальная температура рабочей жидкости, |
|||||
Расход рабочей жидкости, к г / ч ............................ |
|
|
120 |
||
Давление |
рабочей |
ж и д к о с т и , бар |
промывочного........................ |
|
до 100 |
Скорость ж и д к о с т и |
на выходе и з |
|
4—5 |
||
отверстия, м/с |
........................................ |
|
|
||
Диапазон окружных скоростей, м/с . . . . . . |
0,14—8,56 |
||||
Максимальное усилие подачи, к г ........................ |
|
2000 |
|||
Максимальный крутящий момент на шпинделе, |
|
750 |
|||
кГс-см |
.................................................................... |
|
|
|
|
Рабочий процесс протекает в герметичной камере, -.заполнен ной непрерывно циркулирую
щей промывочной жидкостью. Экспериментальная установ
ка создана на базе радиально
сверлильного станка 2А-55, имеющего широкий диапазон изменения режимных парамет ров. Для измерения горизон
тальной и вертикальной состав
ляющих силы резания разрабо
тке. 34. Принципиальная схе ма стенда для исследования износа инструментальных ма териалов.
•63
таны специальные тензометрические системы. |
Запись |
пара |
||||
метров рабочего процесса |
осуществлялась на |
осциллографе |
||||
Н-105 с тензометрическим |
усилителем |
ТУ-6М. |
Измерение |
|||
температур, развивающихся в режущем элементе |
при |
|||||
различных режимах испытаний, проводилось |
при |
по |
||||
мощи термопар, смонтированных внутри |
самого |
исследуемого |
||||
элемента на разном расстоянии от поверхности |
трения. |
Для |
||||
регистрации |
использовались многопредельные |
самопишущие |
||||
приборы с |
регулируемой скоростью протяжки |
бумаги. |
|
|||
При проведении экспериментов число опытов для каждого
режима было не менее четырех. Коэффициент вариации не пре вышал 25%, а показатель точности — 6%. Обработка осцил
лограмм производилась по общепринятой методике. Разрабо
танная методика и созданная на этой основе аппаратура позво лили изучить широкий круг вопросов. Результаты исследований излагаются ниже.
§ 2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ В ОДИНОЧНОМ РЕЗЦЕ
БУРОВОГО ДОЛОТА И ПОРОДНОМ МАССИВЕ ПРИ РЕЗАНИИ
Процесс распространения теплоты сосредоточенных источ ников в той или иной системе твердых тел математически опи сывается уравнениями теплового баланса и теплопровод ности [69].
Для процесса резания уравнение теплового баланса может
■ быть представлено |
в виде |
|
|
(?о = <2д+(?т> |
(8) |
тде Qx — теплота, |
эквивалентная работе |
деформации снима |
емого слоя; QT— теплота, эквивалентная работе трения на кон
тактных поверхностях инструмента.
Суммарная тепловая мощность Q0 не вполне эквивалентна
механической мощности процесса резания, так как часть пос
ледней переходит в поглощенную энергию изменений кристал
лической решетки. Однако различие между Qo и Qa j- QT незначительно [69].
Вторым уравнением теплофизики резания является диф
ференциальное уравнение теплопроводности [70], которое мо жет быть записано для каждого из твердых тел, участвующих
в процессе резания (трения).
64
Решение этих уравнений положено в основу аналитического расчета температур, возникающих в твердосплавном резце при трении о горную породу.
На первом этапе рассматривается задача трения вращающе
гося полого твердосплавного кольцевого цилиндра с толщиной стенки R 0—r0 (рис. 35) о полуплоскость. Ось цилиндра направ
лена по нормали к поверхности последней. Принятая схема
(для теплового расчета) весьма близка к осуществляемой на
экспериментальном стенде СИЗ-Ш , что дает возможность на практике проверить аналитические зависимости.
Получив в результате решения соответствующей краевой
задачи распределение тепловых потоков на единицу поверх
ности между полым цилиндром (Д ж полуограниченным масси
вом Q2 при заданном суммарном тепловыделении Q0 на поверх
ности трения, можно перейти к решению задачи о температуре
в резце, к которому с торца подводится поток тепла (Д. Указан
ные краевые задачи с предположением нестационарного |
тепло |
||
обмена при теплоизолированных боковых поверхностях |
форму |
||
лируются следующим |
образом. |
|
|
1. Для нахождения распределения потоков между трущи |
|||
мися телами (цилиндром и полуплоскостью) уравнение |
тепло |
||
проводности в цилиндрических координатах имеет вид |
|
||
|
|
|
(9) |
где Т — температура; |
т —время; |
а *— температуропровод |
|
ность; г — расстояние |
от оси вращения до расчетной |
точки, |
|
У
Рис. 35. Схема разрушения |
Рис. 36. Систе |
|
образца породы твердо |
ма отсчета. |
|
сплавными штабиками (для |
х, у, z — координаты |
|
теплового расчета). |
расчетной |
точки; |
1 — керн горной породы; г —ис |
I —размер |
стороны |
квадрата |
штабика. |
|
пытуемый образец. |
|
|
5 Г. В. Арцимович |
|
65 |
изменяющееся в пределах от г0 до i?0. На рис. 36 показана при нятая система отсчета.
Начальные условия:
T i= 0 при т = 0 |
(10) |
(г= 1 ,2 соответственно для образца твердого сплава и горной
породы).
Граничные условия задачи (9) в указанном выше предполо
жении состоят из уравнения теплового баланса на поверхности контакта трущихся тел
|
rdr ■ |
■ J |
дт* |
rdr = Q0, |
(И ) |
|
аГ |
||||
То |
2=0 |
Го |
2 = 0 |
|
|
где А, — теплопроводность; |
|
|
|
|
|
равенства температур на поверхности трения |
|
||||
|
J* T1\z=s) rd r = |
|° Т 2|г=0rdr\ |
( 12) |
||
|
г 0 |
|
Го |
|
|
постоянства |
температуры-на |
боковых |
гранях: |
|
|
r iU * „ — Т0; |
(13) |
!г=Г0 — Tq. |
(14) |
Кроме того, Тъ конечно при г—со |
и г = 0 ; Тг конечно при |
Z = 00 и z= 0.
2. Для резца (твердосплавного штабика) в тех же предполо
жениях (теплоизолированная боковая поверхность)
|
(д2Т д2Т . |
д2Т \ |
|
II |
[ дх1 1 дуг 1 |
dz2 J®1* |
Начальное условие:
Т =0 - при т = 0 .
Граничные условия:
|
II |
О |
х=0, |
х=1\ |
|
II Бч |
|
У = о, |
у=1. |
|
|
1 1 |
|
|
|
И х тг1 dxdyz= Qo- |
|
|
|
0 0 |
( 2 = 0 |
(15)
(16)
(17)
(18)
(19)
66
Величина Т конечна при z = oo.
Я7*
В установившемся тепловом режиме (T = c o n st)-^ = 0 в обеих
задачах.
Практический интерес представляет стационарный случай
(r= co n st), для которого |
решение |
задач (15) — (19) |
имеет вид |
|
Q пт/'2 |
я 2 |
тг |
—У 2 у г |
(20) |
Т = Т 0 а----ш — |
sin — .г sin — ye |
l . |
||
Величина теплового потока, поступающего в исследуемый
образец Qt, определяется решением задач (15) — (20).
Для стационарного случая
|
0 |
860Mi , |
(21) |
|
|
V l ~~ |
Xi + A 2 |
’ |
|
|
|
|||
где |
N — мощность, расходуемая |
непосредственно на |
трение, |
|
кВт; |
Aj, А2 — теплопроводность твердого сплава и горной по |
|||
роды. |
|
|
|
|
Для случая, когда на боковых гранях имеет место тепло |
||||
обмен с окружающей средой постоянной температуры |
Т0, что |
|||
наблюдается в реальном процессе, |
вместо граничных |
условий |
||
(17) и (18) будем иметь граничные условия третьего рода:
|
н |
-ИОII |
II О |
|
н |
' |
|
jly ~ h(T T0)jJу==0 — 0»
у— 1
сс 1
где h —— , — ( а —коэффициент теплоотдачи).
(22)
(23)
Решение для задачи (15) при условиях (22) и (23) отыски
вается в виде
u = P (x )’ V(y)-W(z),
где и — безразмерная |
температура, |
равная |
— Т 0 |
• |
||
|
|
|
|
У Г |
|
|
и = |
-VZ |
А3е »Р*) |
+ Л2е-*РУ). |
(24) |
||
А1 |
||||||
|
|
|
|
|
||
67